Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Khoroshaya_metodichka_bkh

.pdf
Скачиваний:
127
Добавлен:
20.03.2016
Размер:
4.04 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ

БИОЛОГИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений, обеспечивающих

получение высшего образования по специальности «Стоматология»

Под ред. проф. А. Д. Тагановича

3-е издание

Минск БГМУ 2009

УДК 577.1 (075.8) ББК 28.072 я73

Б 63

А в т о р ы : д-р мед. наук, проф. А. Д. Таганович (темы 11–14, 26); д-р мед. наук, проф. В. К. Кухта (темы 4, 5); д-р биол. наук, проф. Т. С. Морозкина (темы 22–25); канд. биол. наук, доц. А. В. Колб (темы 3, 27–30); канд. мед. наук, доц. Э. И. Олецкий (темы 16, 17); канд. мед. наук, доц. Т. В. Василькова (темы 8–10, 15); канд. мед. наук, доц. Ж. А. Рутковская (темы 1, 2); канд. мед. наук, ст. преп. Л. П. Лисицына (темы 6–7); канд. мед. наук, ст. преп. И. Л. Котович (темы 18–21)

Р е ц е н з е н т ы : зав. каф. общей и клинической биохимии Витебского государственного медицинского университета, проф. Н. Ю. Коневалова; зав. каф. биологической химии Гомельского государственного медицинского университета, проф. А. И. Грицук

Биологическая химия : учеб. пособие / А. Д. Таганович [и др.]; под ред. А. Д. Тагано- Б 63 вича. 3-е изд. – Минск : БГМУ, 2009. – 120 с.

ISBN 978-985-462-925-4.

Содержит схемы, рисунки, определения и пояснительный текст к лекциям, читаемым преподавателями кафедры биохимии БГМУ по курсу биологической химии для студентов стоматологического факультета. Первое издание вышло в 2007 году.

Предназначено для облегчения конспектирования и усвоения материала по биологической химии студентами 1-го и 2-го курсов стоматологического факультета. Рекомендуется для подготовки к лекциям, практическим и семинарским занятиям, к экзамену.

 

УДК 577.1 (042.4)

 

ББК 28.072 я73

ISBN 978-985-462-925-4

Оформление. Белорусский государственный

 

медицинский университет, 2009

Учебное издание

Таганович Анатолий Дмитриевич Кухта Виктор Климентьевич Морозкина Татьяна Сергеевна и др.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

Учебное пособие

3-е издание

Ответственный за выпуск А. Д. Таганович Редактор О. В. Иванова

Компьютерная верстка О. Н. Быховцевой

Подписано в печать 12.09.08. Формат 60 84/8. Бумага писчая «Снегурочка». Печать офсетная. Гарнитура «Times».

Усл. печ. л. 13,95. Уч.-изд. л. 6,31. Тираж 250 экз. Заказ 86.

Издатель и полиграфическое исполнение:

учреждение образования «Белорусский государственный медицинский университет». ЛИ № 02330/0133420 от 14.10.2004.

ЛП № 02330/0131503 от 27.08.2004. Ул. Ленинградская, 6, 220030, Минск.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Необходимость в составлении данного учебного пособия вызвана стремлением пре-

подавателей кафедры облегчить усвоение лекционного материала по биологической химии студентами стоматологического факультета. С этой целью было решено сконцентрировать рисунки, схемы, графики, основные понятия, определения, изложенный простым языком краткий текст лекций, то есть все то, что призвано максимально облегчить понимание доно-

симого материала.

В учебное пособие включены все лекции курса для студентов стоматологического фа-

культета. Однако приводимый материал ни в коей мере не подменяет присутствие студентов на лекциях. Во-первых, есть возможность поработать с текстом накануне прослушивания лекции. Это поможет студентам преодолеть трудности в понимании устного изложения ма-

териала. Во-вторых, при чтении лекций данное пособие может быть использовано для записи не вошедшего в него материала.

Авторы будут благодарны всем, кто посчитает возможным высказать свое мнение о пользе и целесообразности данного пособия, сделать критические замечания и высказать пожелания по его улучшению.

От имени авторского коллектива заведующий кафедрой биологической химии,

профессор А. Д. Таганович

3

Тема 1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ И ПЕПТИДОВ. СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ

Белки — высокомолекулярные природные полимеры, состоящие из аминокислотных остатков, соединенных пептидной связью; являются главной составной частью живых организмов и молекулярной основой процессов жизнедеятельности.

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ

По функции, выполняемой в организме:

1.Каталитическая (более 3000 белков — ферменты).

2.Сократительная (актин, миозин и т. д.).

3.Структурная (белки плазматических мембран, коллаген, эластин и др.).

4.Транспортная (транспорт веществ в крови и клетке: гемоглобин, цитохром с, липопротеины и др.).

5.Защитная (антитела, иммуноглобулины).

6.Регуляторная (факторы роста и дифференцировки клеток и др.).

7.Гормональная (пролактин, гормон роста и др.).

8.Буферная (гемоглобиновый белковый буфер, поддержание рН крови).

9.Резервная или запасная (казеин, овальбумин и др.).

10.Токсины (ботулинический, холерный).

11.Антибиотики (неокарциностатин и др.).

12.Рецепторная (родопсин, хеморецепторы и др.).

13.Белки, поддерживающие онкотическое давление в клетках и крови.

14.Энергетическая (в очень малой степени, т. к. продукты гидролиза белка служат источником энергии только в особых условиях, например, при голодании).

По форме молекулы:

1.Глобулярные или шаровидные (альбумины, глобулины).

2.Фибриллярные или нитевидные (коллаген).

По степени сложности молекулы:

1.Простые (состоят только из аминокислот).

2.Сложные (в состав белка входит небелковое вещество — простетическая группа).

ФУНКЦИИ ПЕПТИДОВ

1.Регуляторы (пептиды ренин-ангиотензивной системы и др.).

2.Гормоны (окситоцин, инсулин, глюкагон).

3.Антибиотики (пенициллин, цефалоспорины).

4.Токсины (аманитотоксин).

5.Антиоксиданты (глутатион).

6.Нейропептиды (энкефалины, эндорфины — обезболивающий эффект). Главные составные части белка — аминокислоты. Выделяют:

протеиногенные — кодируются генетическим кодом (их 20);

R

 

непротеиногенные аминокислоты (более 150).

CH NH 2

Протеиногенными являются -аминокислоты (кроме пролина).

COOH

КЛАССИФИКАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ (АК) По строению радикала:

1. Алифатические (гли, ала, вал, лей, илей).

5

2.Гидроксиаминокислоты (сер, тре).

3.Дикарбоновые (асп, глу).

4.Амиды дикарбоновых кислот (асн, глн).

5.Серосодержащие (мет, цис).

6.Циклические (фен, тир, три, гис).

7.Диаминомонокарбоновые (лиз, арг).

8.Иминокислота (про).

По полярности:

1.Неполярные (ала, вал, лей, мет, про, иле, три, фен).

2.Полярные:

а) незаряженные (сер, тре, цис, гли, тир,асн, глн); б) заряженные:

отрицательно заряженные (глу, асп);

положительно заряженные (лиз, арг, гис).

Нестандартные АК в составе белков:

-карбоксиглутаминовая кислота (протромбин: свертывание крови); 4-гидроксипролин, 5-гидроксилизин (белок соединительной ткани: коллаген); десмозин (конденсация 4-х молекул лизина: белок соединительной ткани — эла-

стин);

дийодтирозин (гормоны щитовидной железы).

СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ

Кислотно-основные свойства

1. Амфотерность

Аминокислоты имеют 2 функциональные группы с противоположными свойствами: кислую карбоксильную и основную аминогруппу. Поэтому в водном растворе аминокислоты существуют в виде биполярного иона.

При добавлении в раствор аминокислот дополнительного количества протонов (кислоты) подавляется диссоциация карбоксильных групп и увеличивается количество NH3+-групп. Аминокислоты при этом переходят в катионную форму (приобретают положительный заряд). При добавлении щелочи, наоборот, увеличивается диссоциация карбоксильных групп. Аминокислоты переходят в анионную форму (приобретают отрицательный за-

6

O
(R-C-OH)
(-NH3+)

ряд). Таким образом, изменяя pH раствора, можно изменять заряд молекул аминокислот. Нейтральные аминокислоты в воде не имеют заряда. Дикарбоновые аминокислоты

имеют две карбоксильные группы, которые диссоциируют, отдавая 2 протона, но поскольку у них только одна аминогруппа, принимающая один протон, то такие аминокислоты ведут себя как кислоты и раствор их имеет кислую реакцию. Сам ион аминокислоты заряжается отрицательно.

Диаминомонокарбоновые аминокислоты реагируют в водном растворе как слабые основания, так как один протон, который освобождается при диссоциации карбоксильной группы таких аминокислот, связывается с одной из аминогрупп, а вторая аминогруппа связывает протон из водного окружения, в результате увеличивается количество OHгрупп и повышается pH. Заряд иона таких аминокислот будет положительным.

Добавляя к раствору аминокислоты определенное количество кислоты или щелочи, можно изменить их заряд. При определенном значении pH наступает такое состояние, при котором заряд аминокислоты становится нейтральным. Такое значение pH получило название

изоэлектрической точки (ИЭТ). При значении pH, равном изоэлектрической точке, аминокислоты не перемещаются в электрическом поле. Если pH ниже изоэлектрической точки, катион аминокислоты движется к катоду, а при pH

выше ИЭТ анион аминокислоты — к аноду. На этих свойствах аминокислот основана возможность разделения их в электрическом поле (электрофорез).

Кислые аминокислоты имеют ИЭТ в слабокислой среде, основные — в слабощелочной, а нейтральные — в нейтральной.

2. Стереоизомерия

Обусловлена наличием у аминокислоты асимметричного атома углерода (называется хиральный центр).

По абсолютной конфигурации (эталон – глицериновый альдегид) АК могут быть L- или D-стереоизо- мерами. В состав белков организма входят L-сте- реоизомеры аминокислот.

3. Спектральные свойства

Все аминокислоты поглощают свет в инфракрасной области спектра. Три циклических аминокислоты (фенилаланин, тирозин и триптофан) поглощают свет в ультрафиолетовой области при

280 нм.

7

УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ

Первичная структура — это конфигурация полипептидной цепи, которая формируется в результате образования пептидной связи между остатками АК (рис. 1.1).

R1

O

R2

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H3N C

C

 

H3N

 

C

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

O

 

 

 

R2

O

+

H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H3N

 

 

C

 

 

C

 

 

N

 

C

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Образование пептидной связи

Постулаты (принципы формирования пептидной связи), сформулированные Л. Поллингом и Р. Кори:

1)атомы, образующие пептидную связь, копланарны (расположены в одной плоскости); вращение атомов или групп атомов вокруг пептидной связи невозможно;

2)принцип эквивалентности вклада АК-остатков в образование пептидной связи и, тем самым, в образование полипептидной цепи (исключение пролин);

3)принцип максимума водородных связей.

Первичную структуру белка стабилизируют (поддерживают):

пептидные связи (между АК-остатками);

дисульфидные связи (между свободными –SH-группами цистеина).

Первичная структура белка генетически детерминирована и несет информацию о его пространственной структуре.

Вторичная структура белка — локальная конформация, обусловленная вращением отдельных участков полипептидной цепи вокруг одинарных ковалентных связей.

Основные связи, которые стабилизируют вторичную структуру, — водородные.

Виды вторичной структуры (рис. 1.2):

– α-спираль (правозакрученная)

Рис. 1.2. Виды вторичной структуры белка (начало, окончание см. на с. 9)

8

β-структура

β-слой

β-поворот

Рис. 1.2. Виды вторичной структуры белка (окончание, начало см. на с. 8)

Несколько участков полипептидной цепи, органи-

 

зованных в пространстве в форме -спирали или -

 

структуры, могут объединяться, формируя надвторичную

 

структуру. В результате в молекуле белка образуются до-

 

мены (функциональные или структурные) (рис. 1.3).

 

Третичная структура белка — это расположение в

 

пространстве всей полипептидной цепи, отдельные участки

 

которой имеют собственную локаль-

 

ную конформацию. Этапы форми-

 

рования третичной структуры белка

 

представлены на рисунке 1.4.

 

Поддержанию

третичной

 

структуры белка способствуют гид-

 

рофобные связи, которые образу-

Рис. 1.3. Доменная организация

ются внутри молекулы.

В образо-

иммуноглобулина G

вании этих связей принимают участие неполярные радикалы аминокислот. Могут также образовываться другие нековалентные связи.

У белка, имеющего третичную структуру, на поверхности молекулы формируется участок, который может присоединять к себе другие молекулы, называемые лигандами. Этот участок называется активный центр и формируется из радикалов аминокислот, которые сближаются друг с другом при формировании третичной структуры. Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра структуре лиганда.

Рис. 1.4. Этапы фор-

Четвертичная структура формируется при объединении не-

мирования третичной скольких полипептидных цепей, имеющих третичную структуру структуры белка (рис. 1.5). Образованный таким образом белок обладает новой функ-

цией.

9

Рис. 1.5. Формирование четвертичной структуры белка

Белки с четвертичной структурой называются олигомерными, а составляющие их индивидуальные полипептидные цепи — протомерами (мономерами, субъединицами). Такие соединения стабилизируются водородными связями и электростатическими взаимодействиями между АК-остатками, расположенными на поверхности протомеров. Белки с четвертичной структурой — гемоглобин, ферменты лактатдегидрогеназа, РНК-полимераза, вирус табачной мозаики.

Преимущества белков с четвертичной структурой:

1) экономия генетического материала;

2)уменьшение числа ошибок при синтезе белка;

3)разнообразие белков;

4)появление у белков новых функций.

СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ

Многие белки в своем составе, помимо аминокислот, могут содержать и небелковые компоненты. Эти соединения в составе белков называют простетической группой. Простетические группы с белком соединяются разными типами связей.

В зависимости от химической природы простетической группы сложные белки можно разделить на несколько классов.

1.Хромопротеины. Это белки, простетическая группа которых имеет окраску. К ним относятся гемопротеины: содержат гем, обусловливающий их красный цвет (гемоглобин,

миоглобин, цитохромы) и флавопротеины: содержат производное витамина B2, придающее им желтый цвет. Простетическая группа хромопротеинов связана с гистидином полипептидной цепи координационными связями.

2.Гликопротеины. Это белки, простетическая группа которых содержит углеводы. Углевод соединяется с белковой частью ковалентными связями. В соединении с углеводом участвует OH-группа аминокислоты серина или треонина. Гликопротеины — это часть бел- ково-углеводных комплексов. Этим белкам принадлежит важная роль в структурной организации клеток и тканей, они выполняют защитные функции. Основная часть внеклеточных белков — это гликопротеины.

3.Липопротеины. Это белки, простетическая группа которых содержит липиды. Они обеспечивают транспорт липидов в крови, являются компонентами биологических мембран. Связи между белковой частью молекулы и липидом — гидрофобные или ионные.

4.Металлопротеины. Это белки, простетическая группа которых представлена металлами. Такие белки участвуют в транспорте и депонировании металлов (ферритин, трансферрин, церулоплазмин). Между белком и простетической группой образуются координационные связи.

5.Нуклеопротеины. Простетическая группа у таких белков — нуклеиновая кислота. Различают дезоксирибонуклеопротеины (простетическая группа — ДНК) и рибонуклеопротеины (простетичесая группа — РНК). Им принадлежит важная роль в хранении, передаче и

10